Magazyn Instalatora 3(103) 2007r

miesi´cznik informacyjno - techniczny
nr 3 (103), marzec 2007
Obliczanie projektowego obcià˝enia cieplnego
wg PN-EN 12831:2006
Europejskie
ciep∏o
Kontynuujàc tematyk´ rozpocz´tà w poprzednim wydaniu
„MI” dotyczàcà obliczania projektowego obcià˝enia cieplnego
wg PN-EN 12831:2006 dziÊ, chcia∏bym poruszyç kwestie wymiarowania, mostków cieplnych, straty ciep∏a do gruntu i wentylacyjnej straty ciep∏a.
Norma PN-EN 12831:2006 w
swoim zasadniczym tekÊcie (na poziomie europejskim) przewiduje trzy
systemy wymiarowania:
● wymiary wewn´trzne,
● wymiary zewn´trzne,
● wymiary wewn´trzne ca∏kowite.
Polski za∏àcznik krajowy, spoÊród
trzech systemów dopuszczonych w
normie europejskiej, narzuca stosowanie wymiarów zewn´trznych. Sà to
wymiary mierzone po zewn´trznej
stronie budynku. Przy okreÊlaniu wymiarów poziomych uwzgl´dnia si´ po∏ow´ gruboÊci ograniczajàcej Êciany
wewn´trznej i ca∏à gruboÊç ograniczajàcej Êciany zewn´trznej. Natomiast
wysokoÊç Êciany mierzy si´ pomi´dzy
powierzchniami pod∏óg. Powierzchnie
przegród budowlanych, okreÊlone wg
wymiarów zewn´trznych, mogà byç
wi´ksze od powierzchni okreÊlonych
metodà dotychczasowà („w osiach”).
32
Mostki cieplne
Wg nowej normy w obliczeniach
nale˝y uwzgl´dniaç mostki cieplne.
Norma podaje tu trzy metody:
● wg normy EN ISO 10211-2 (obliczenia numeryczne),
● w sposób przybli˝ony z wykorzystaniem wartoÊci stabelaryzowanych podanych w normie EN ISO 14683
● lub metodà uproszczonà z u˝yciem
wspó∏czynnika korekcyjnego, którego wartoÊci podano w za∏àczniku krajowym do normy PN–EN 12831.
Mo˝na przypuszczaç, ˝e w obliczeniach praktycznych najcz´Êciej stosowana b´dzie metoda druga. Indywidualne modelowanie numeryczne poszczególnych mostków cieplnych wydaje si´ w praktyce zbyt czasoch∏onne. Natomiast metoda uproszczona
obarczona jest du˝ym b∏´dem – mo˝e
prowadziç do znacznego zawy˝enia
strat ciep∏a, zw∏aszcza w budynkach
dobrze zaizolowanych cieplnie.
Straty ciep∏a do gruntu
Wg nowej normy w zupe∏nie inny
sposób ni˝ dotychczas okreÊla si´
straty ciep∏a do gruntu. Norma podaje tu dwie metody:
● sposób szczegó∏owy wg normy EN
ISO 13370
● sposób uproszczony, opisany w normie PN-EN 12831:2006.
Sposób uproszczony polega na wykorzystaniu tabel lub wykresów, które zosta∏y sporzàdzone dla wybranych przypadków wg równaƒ podanych w normie EN ISO 13370.
Wg nowej normy wspó∏czynnik
straty ciep∏a (W/K) przez przenikanie do gruntu oblicza si´ w nast´pujàcy sposób:
Ht,ig = fg1 * fg2 * (ΣAk * Uequiv,k) * Gw
gdzie:
fg1 - wspó∏czynnik korekcyjny,
uwzgl´dniajàcy wp∏yw rocznych wahaƒ temperatury zewn´trznej (zgodnie z za∏àcznikiem krajowym do normy PN-EN 12831:2006 wartoÊç
orientacyjna wynosi 1,45);
fg2 - wspó∏czynnik redukcji temperatury, uwzgl´dniajàcy ró˝nic´
mi´dzy Êrednià rocznà temperaturà
zewn´trznà i projektowà temperaturà zewn´trznà;
Ak - powierzchnia elementu budynku (k) stykajàca si´ z gruntem,
m2;
Uequiv,k – równowa˝ny wspó∏czynnik przenikania ciep∏a elementu
budynku (k); W/m2K;
Gw - wspó∏czynnik uwzgl´dniajàcy wp∏yw wody gruntowej.
Wspó∏czynnik redukcji temperatury wynosi:
fg2 = (θint,i – θm,e)/(θint,i – θe)
gdzie:
θint,i - projektowa temperatura wewn´trzna przestrzeni ogrzewanej
(i), ºC;
www.instalator.pl
miesi´cznik informacyjno - techniczny
θm,e - roczna Êrednia temperatura
zewn´trzna, ºC;
θe - projektowa temperatura zewn´trzna, ºC.
Za∏àcznik krajowy do normy PN-EN 12831:2006 podaje dwie wartoÊci orientacyjne wspó∏czynnika Gw:
● Gw = 1,15, jeÊli odleg∏oÊç mi´dzy
za∏o˝onym poziomem wody gruntowej i p∏ytà pod∏ogi jest mniejsza ni˝
1 m,
● Gw = 1,00 w pozosta∏ych przypadkach.
WartoÊç wspó∏czynnika przenikania ciep∏a mo˝na równie˝ odczytaç z
tabeli 1. W obliczeniach komputerowych wygodniej jest wykorzystaç
nr 3 (103), marzec 2007
równania wg normy EN ISO 13370.
Natomiast w „szybkich obliczeniach
r´cznych” mo˝e byç ∏atwiej skorzystaç z tabel lub wykresów podanych
w normie PN-EN 12831:2006.
Wymiar
charakterystyczny
pod∏ogi
Równowa˝ny wspó∏czynnik przenikania ciep∏a dla pod∏ogi na gruncie
wyznacza si´ w zale˝noÊci od wymiaru
charakterystycznego pod∏ogi B’ (m).
Wymiar B’ to pole powierzchni pod∏ogi podzielone przez po∏ow´ obwodu:
B’ = A/0,5P
gdzie:
A - pole powierzchni pod∏ogi, m2;
P - obwód pod∏ogi (uwzgl´dniajàcy
tylko Êciany zewn´trzne), m.
Obwód pod∏ogi P uwzgl´dnia d∏ugoÊç ca∏kowità Êcian zewn´trznych,
oddzielajàcych ogrzewany budynek
od otoczenia zewn´trznego lub nieogrzewanej przestrzeni, le˝àcej poza
izolowanà obudowà budynku (np.
dobudowane gara˝e, pomieszczenia
gospodarcze itp.)
„Strata ciep∏a
do sàsiada”
Du˝à zmianà jest uwzgl´dnianie
tzw. straty ciep∏a do sàsiada. Zgodnie
z normà PN-EN 12831:2006 w obliczeniach obcià˝enia cieplnego poszczególnych pomieszczeƒ (ale nie
ca∏ego budynku!) strat ciep∏a do pomieszczeƒ o tej samej funkcji, ale nale˝àcych do innej jednostki budynku
(mieszkania, lokalu u˝ytkowego).
Przyjmijmy, ˝e rozpatrujemy Êcian´
pomi´dzy dwoma pokojami miesz-
miesi´cznik informacyjno - techniczny
kalnymi. Projektowa temperatura wewn´trzna, okreÊlona
na podstawie funkcji pomieszczenia, wynosi w obu przypadkach +20ºC. W zwiàzku z tym
wed∏ug dotychczasowej metodyki ró˝nica temperatury wynosi∏a 0 K, a straty ciep∏a 0 W. Takie
podejÊcie by∏o uzasadnione, jeÊli nie
wyst´powa∏a mo˝liwoÊç indywidualnej regulacji temperatury wewn´trznej. Jednak obecnie istnieje obowiàzek zapewnienia indywidualnej regulacji, a u˝ytkownicy cz´sto z tej mo˝liwoÊci korzystajà, np. obni˝ajàc temperatur´ wewn´trznà w czasie swojej
nieobecnoÊci w lokalu. Dlatego w
praktyce cz´sto pojawia si´ ró˝nica
temperatury po obu stronach przegrody budowlanej, mimo ˝e temperatura projektowa, okreÊlona na podstawie funkcji pomieszczenia, jest po
obu stronach przegrody taka sama.
Mo˝liwoÊç wystàpienia takiej sytuacji przewiduje nowa norma. Zgodnie z nià temperatur´ w sàsiednim
pomieszczeniu przyjmuje si´ na podstawie przeznaczenia tylko wtedy, jeÊli pomieszczenie to nale˝y do tej samej jednostki budynku (mieszkania
lub lokalu u˝ytkowego). Natomiast
jeÊli pomieszczenie nale˝y do innej
jednostki, to zak∏ada si´, ˝e temperatura w tym pomieszczeniu mo˝e byç
obni˝ona w stosunku do wartoÊci
projektowej. Do obliczeƒ przyjmuje
si´ Êrednià arytmetycznà z projektowej temperatury wewn´trznej i rocznej Êredniej temperatury zewn´trznej (tabela 2). Z kolei, je˝eli sàsiednie pomieszczenie nale˝y do oddzielnego budynku (budynku przyleg∏ego), przyjmuje si´ Êrednià rocznà
temperatur´ zewn´trznà.
Poniewa˝ Êciany wewn´trzne pomi´dzy pomieszczeniami ogrzewanymi najcz´Êciej nie sà izolowane cieplnie, to mogà wystàpiç w tym przypadku znaczne straty ciep∏a. Dlatego
zdaniem autora, wskazane jest izolowanie cieplne równie˝ przegród wewn´trznych, oddzielajàcych pomieszczenia ogrzewane, jeÊli pomieszczenia te nale˝à do oddzielnych jednostek budynku (mieszkaƒ
lub lokali u˝ytkowych). Izolacj´ takà
warto wykonywaç z materia∏u, który
oprócz izolacyjnoÊci cieplnej posiada
w∏aÊciwoÊci izolacji akustycznej.
Opisane powy˝ej „straty ciep∏a do
sàsiada” uwzgl´dnia si´ w oblicze-
34
nr 3 (103), marzec 2007
niach obcià˝enia cieplnego poszczególnych pomieszczeƒ (w celu doboru
grzejników), natomiast nie uwzgl´dnia si´ ich przy okreÊlaniu obcià˝enia
cieplnego ca∏ego budynku (w celu doboru êród∏a ciep∏a). W skali ca∏ego budynku, jeÊli cz´Êç pomieszczeƒ b´dzie
ogrzewana w sposób os∏abiony, to powstanie w ten sposób nadwy˝ka mocy,
która pozwoli na pokrycie zwi´kszonego zapotrzebowania na ciep∏o w pomieszczeniach przyleg∏ych.
Wentylacyjna
strata ciep∏a
Kolejna zmiana dotyczy wentylacji. Sposób okreÊlania „wentylacyjnej
straty ciep∏a” uleg∏ znacznemu rozbudowaniu w stosunku do normy
PN-B-03406:1994. Obecnie okreÊla
si´ nie tylko strumieƒ powietrza wymagany ze wzgl´dów higienicznych,
ale równie˝ strumieƒ powietrza infiltrujàcego do pomieszczeƒ. Poza tym
nowa norma wyraênie rozró˝nia budynki z wentylacjà naturalnà i mechanicznà. W przypadku wentylacji
naturalnej, jako wartoÊç strumienia
powietrza wentylacyjnego przyjmuje
si´ wi´kszà z nast´pujàcych wartoÊci:
● wartoÊç strumienia powietrza na
drodze infiltracji Vinf,i,
● minimalnà wartoÊç strumienia powietrza wentylacyjnego, wymaganà
ze wzgl´dów higienicznych V&min,i.
Vi = max(Vinf,i , Vmin,i) m3/h
Jednak w przypadku wi´kszoÊci
typowych budynków do 10 m wysokoÊci o strumieniu powietrza wentylacyjnego decyduje strumieƒ powietrza higienicznego.
Minimalny strumieƒ obj´toÊci powietrza, wymagany ze wzgl´dów higienicznych, dop∏ywajàcy do przestrzeni ogrzewanej (i) okreÊla si´ w
sposób nast´pujàcy:
Vmin,i = nmin * Vi
gdzie:
nmin - minimalna krotnoÊç wymiany
powietrza na godzin´ (tabela 3), h–1;
Vi - kubatura przestrzeni ogrzewanej (i) (obliczona na podstawie wymiarów wewn´trznych), m3.
Zmianie uleg∏a krotnoÊç
wymiany wymagana ze
wzgl´dów
higienicznych.
Zgodnie z nowà normà krotnoÊç ta zale˝y od przeznaczenia pomieszczenia. Za∏àcznik krajowy przewiduje
trzy wartoÊci od 0,5 do 2 wymian na
godzin´ (tabela 3).
W przypadku wentylacji mechanicznej dodatkowo uwzgl´dnia si´:
● strumieƒ obj´toÊci powietrza doprowadzonego
● oraz nadmiar strumienia obj´toÊci
powietrza usuwanego (dodatkowa
infiltracja, je˝eli strumieƒ powietrza
usuwanego jest wi´kszy od strumienia dostarczanego).
Vi = Vinf,i + Vsu,i * fV,i + Vmech,inf,i
gdzie:
Vinf,i - strumieƒ powietrza infiltrujàcego do przestrzeni ogrzewanej (i),
m3/h;
Vsu,i - strumieƒ obj´toÊci powietrza doprowadzonego do przestrzeni
ogrzewanej (i), m3/h;
fV,i - wspó∏czynnik redukcji temperatury;
Vmech,inf,i - nadmiar strumienia obj´toÊci powietrza usuwanego z przestrzeni ogrzewanej (i), m3/h.
Wspó∏czynnik projektowej wentylacyjnej straty ciep∏a oblicza si´ w nast´pujàcy sposób:
HV,i = 0,34 * Vi
gdzie:
Vi - strumieƒ obj´toÊci powietrza
wentylacyjnego przestrzeni ogrzewanej (i), m3/h.
Podsumowanie
Niewàtpliwà zaletà wprowadzenia
nowej metodyki obliczania zapotrzebowania na ciep∏o jest jej ujednolicenie na obszarze Europejskiego Komitetu Normalizacyjnego. U∏atwi to in˝ynierom Êwiadczenie us∏ug projektowych w innych krajach Unii Europejskiej (chocia˝ szczegó∏owe wymagania w poszczególnych krajach
cz∏onkowskich, okreÊlone w za∏àcznikach krajowych, mogà si´ ró˝niç).
W praktyce obliczenia obcià˝enia
cieplnego (zapotrzebowania na ciep∏o) wykonywane sà z wykorzystaniem odpowiednich programów
komputerowych do obliczania zapotrzebowania na ciep∏o.
dr in˝. Micha∏ Strzeszewski
www.instalator.pl